青藏铁路作为海拔最高、线路最长的高原铁路,穿越大片连续多年冻土区。尤其是在其穿越的高温高含冰量冻土区,温度的微小变化都会引起冻土的力学性质发生较大改变,从而诱发线路病害的发生。路桥过渡段作为路基与桥梁结合的关键位置,其稳定性及强度的好坏直接影响整条线路的平顺与通畅。由于冻土热敏感性显著、施工对冻土的扰动等诸多原因,多年冻土区路桥过渡段差异沉降问题较非多年冻土区更为复杂。随着青藏铁路运营年限的增加,路桥过渡段差异沉降问题逐渐突出,鉴于目前对多年冻土区路桥过渡段热力稳定性及其演化规律的相关研究涉及甚少,因而亟需开展多年冻土区路桥过渡段沉降变形等方面的研究。其研究成果对我国青藏铁路的运营与维护具有重要现实意义和工程应用价值。本文以多年冻土区路桥过渡段为研究对象,综合运用室内试验、模型试验和数值仿真计算等研究方法,获得了多年冻土退化层融沉特性及融化后压缩特性,通过深入分析路桥过渡段不均匀沉降变形机理,揭示了路桥过渡段空间温度场和变形场的分布及其演化规律。论文主要研究成果与进展如下:(1)通过自主研制的土体双向冻结-单向融化冻融循环试验装置,对青藏高原粉质黏土进行了融沉特性及融化后压缩特性室内试验,系统分析了冻结温度、含水率、干密度和冻融循环次数等对融沉系数和冻土融化相对压缩系数的影响规律。(2)自行设计、研制了空间温度场室内模拟试验系统,开展了多年冻土区路桥过渡段室内模型试验,通过对比分析不同位置测温点温度随时间的变化特征,获得了路桥过渡段空间温度场的分布形态及变化规律。(3)建立多年冻土区路桥过渡段空间温度场计算模型,通过模型的热稳定性分析揭示了路桥过渡段空间温度场分布及其演化规律,研究了冻土上限、融化速率等与台背距离之间的关系。进一步分析了过渡段高度、块碎石水平厚度、冻土类型和阴阳坡等对路桥过渡段空间温度场分布的影响。(4)结合多年冻土区路基融沉特点,对多年冻土区路桥过渡段空间变形场进行分析,揭示了路桥过渡段空间变形场分布及其演化规律,分析了过渡段刚度、过渡段高度、块碎石水平厚度和阴阳坡等对路桥过渡段空间变形场分布的影响。研究结果表明最大沉降处距台背距离与路基顶面宽度的比值D随运营年限的增加呈增加趋势,并服从指数衰减函数关系。(5)将路基中的U型结构应用于路桥过渡段,通过对路桥过渡段进行的室内模型试验和数值分析结果表明:U形块碎石结构对地温的降温效果优于碎石夹层结构,U形块碎石结构可作为路桥过渡段新型结构进行考虑。